【成果簡(jiǎn)介】

近日，中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所環(huán)境科學(xué)與技術(shù)研究室復(fù)合材料研究團(tuán)隊(duì)科研人員通過(guò)調(diào)節(jié)材料表面粗糙度以及表面能，設(shè)計(jì)了具有超疏水特性的油水分離用石墨烯泡沫材料。科研人員利用氧化石墨烯良好成模特性，采用抽濾技術(shù)，首先制備了氧化石墨烯的薄膜，運(yùn)用發(fā)泡技術(shù)，通過(guò)控制反應(yīng)時(shí)間，制備了表面含有一定官能團(tuán)的石墨烯泡沫，然后在其表面均勻負(fù)載了氧化硅的納米顆粒，通過(guò)硅烷的修飾，制備出了具有超疏水特性的油水分離用石墨烯泡沫材料，水的接觸角為153°，提高了材料油－水選擇性的同時(shí)，保持了石墨烯泡沫的三維結(jié)構(gòu)，對(duì)油及有機(jī)溶劑具有良好的吸附性能。此外，在制備過(guò)程中，科研人員通過(guò)調(diào)控氧化石墨烯的用量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)超疏水石墨烯泡沫材料厚度的控制，材料最終還可作為油水分離膜使用。由于該材料具有很好的疏水性質(zhì)，材料在油水分離過(guò)程中，分離效率得到了明顯的改善。因此，該材料既可以作為吸附材料使用，還可以作為過(guò)濾膜材料使用，進(jìn)一步擴(kuò)寬了石墨烯泡沫材料的使用范圍。 相關(guān)研究結(jié)果以題為“Surface roughness induced superhydrophobicity of graphene foam for oil－water separation”發(fā)表在Journal of Colloid and Interface Science上，相關(guān)研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1超疏水石墨烯泡沫的結(jié)構(gòu)及油－水分離過(guò)程

圖2 示意圖

超疏水石墨烯泡沫的制備流程及油－水分離應(yīng)用

【研究?jī)?nèi)容】

新型二維碳材料－石墨烯是構(gòu)成其它石墨材料的基本單元，特別是由其為基本單元構(gòu)成的三維結(jié)構(gòu)材料，具有豐富的孔道、較高的比表面積以及疏水親油的特點(diǎn)，使其具有了作為油水分離用吸附劑的基本特征。同時(shí)，穩(wěn)定的、互通的孔道結(jié)構(gòu)以及高的表面化學(xué)活性，有利于材料油水分離過(guò)程中循環(huán)使用性的提高，因此，三維石墨烯逐漸作為一種新型油水分離材料出現(xiàn)在科研領(lǐng)域。

油水分離材料的表面浸潤(rùn)特性直接影響著油水分離材料對(duì)水和油的選擇性，由于目前制備石墨烯泡沫所用的前驅(qū)體氧化石墨烯表面具有大量的含氧官能團(tuán)，通過(guò)化學(xué)等方法處理后，可以在一定程度上提高其疏水性，但還不具有超疏水的特性（水的接觸角大于150°），使該材料失去了油－水選擇性。